淘汰動力電池剩余容量充分利用的關(guān)鍵技術(shù)研究

王豐偉，趙志剛

（沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136）

淘汰動力電池剩余容量充分利用的關(guān)鍵技術(shù)研究

王豐偉，趙志剛

（沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136）

隨著電力需求的快速增長趨勢，伴隨著一次性能源的耗竭，新能源技術(shù)便受到人們越來越多的關(guān)注，但是新能源有其自身的限制，導(dǎo)致其不能直接接到電網(wǎng)進行電能供應(yīng)，因此需要大型儲能電站其能量池作為緩沖達到削峰填谷的目的。另一方面新能源汽車淘汰下來的動力電池由于其能量密度降低導(dǎo)致其不適合用于動力輸出，但其完全可勝任于其他場合。然而車用等淘汰電池性能具有很大差異，在電能存儲或輸出時很難使其剩余容量得到充分利用。因此，本文介紹一種組合級聯(lián)式儲能系統(tǒng)，可以通過差異化充放電，實現(xiàn)電池SOC的自均衡。

動力電池；儲能；梯次利用

1 國內(nèi)外研究動態(tài)

（1）退役動力電池開發(fā)利用現(xiàn)狀

在商業(yè)運用方面，日產(chǎn)汽車和住友集團合資從事電動汽車廢棄電池的再利用，將在日本和美國銷售或租賃的日產(chǎn)Leaf汽車的二手電池用于住宅和商用的儲能設(shè)備。美國通用公司與瑞典ABB集團聯(lián)合開展了車載鋰電池再利用的調(diào)查與研究，包括智能電網(wǎng)方面，用來存儲太陽電池系統(tǒng)和風力發(fā)電系統(tǒng)等所產(chǎn)生的電力。

（2）大容量儲能系統(tǒng)電池管理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前有大量的動力電池從電動汽車淘汰下來，伴隨著國家對儲能市場的逐漸重視，因為淘汰動力電池的管理技術(shù)是大容量儲能的關(guān)鍵因素，國內(nèi)相應(yīng)的廠家便敏銳的注意到這一點，從而各廠商都開始自主的研發(fā)相應(yīng)的電池管理系統(tǒng)。

2 電池組級聯(lián)式的基本工作原理

儲能電池的組合級聯(lián)式功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的原理圖如圖1所示，該系統(tǒng)是由若干塊經(jīng)過一定的篩選機理篩選出具有相似特性的退役動力電池構(gòu)成的電池組，經(jīng)過電力電子器件構(gòu)成的大功率變化器進行級聯(lián)。電池組可以通過雙向變化器與電網(wǎng)側(cè)進行能量的交換，可按照實際的需求通過后臺智能控制系統(tǒng)單獨的對每一個電池組進行充電或放電。

該級聯(lián)方式具有獨立受控、模塊化、可更換的動力輸出與儲能一體化單元特點。這種級聯(lián)方式可以避免鋰離子電池不能大量串聯(lián)的先天不足，從而得到高電平的輸出，諧波特性較好。同時顧及到蓄電池的充放電特性，不同運行環(huán)境下電池端電壓會有差異，借用DC/DC靈活的電壓匹配特點，很好的協(xié)調(diào)蓄電池的離散特性。另一方面DC/DC具有調(diào)壓的作用，也可以降低電池組端電壓一致性的要求。因此其最大的優(yōu)點便是對電池的要求降低，適應(yīng)能力較強，對電池組有較寬的電壓匹配能力，同時加上其可以獨立受控便于集中調(diào)度，從而可快速的響應(yīng)，適應(yīng)大容量系統(tǒng)充放電。

2.1 SOC自均衡控制基本原理

如圖一所示對稱的三相中每一項內(nèi)部均為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此流過每個電池組的電流相等，從而每一組吸收或者發(fā)出的功率可通過控制其端電壓的幅值來實現(xiàn)。三相為對稱運行，所以這里以A相為例介紹。

A相串聯(lián)的各鋰電池組平均SOC為：

/n

A相內(nèi)個電池組的糾正△SOC變化量為：

△

根據(jù)△SOC的值對同相內(nèi)各組進行幅值的微調(diào)，從而達到差異化充放電的目的，最終使同相內(nèi)各電池組達到平均值。其原理控制圖如圖2所示，經(jīng)相應(yīng)的調(diào)節(jié)各調(diào)制信號為：

圖1 級聯(lián)技術(shù)原理圖

圖2 SOC控制示意圖

式中，為比例系數(shù)，充放電控制系數(shù)，其值可取為±1。

上式表明，如果第j組的小于平均值，系統(tǒng)充電時，相應(yīng)組的微調(diào)幅值較大，則可多充電達到SOC平衡；系統(tǒng)放電時，相應(yīng)組的微調(diào)幅值較小，則可少放電達到SOC平衡。因此總電壓為：

3 結(jié)束語

采用獨立電池組間的組合級聯(lián)式不僅可以實現(xiàn)大功率的電能沖放，因為其鏈式結(jié)構(gòu)電壓等級可以有效的提高，從而并網(wǎng)傳送時可以省去變壓器，避免傳統(tǒng)的公共直流母線的環(huán)流效應(yīng)。針對淘汰電池性能的嚴重不一致性，提出一種差異化的控制策略。

［1］劉志勇，電動汽車-中國汽車工業(yè)發(fā)展的必由之路［J］.裝備制造技術(shù)，2009，37（4）：111-112.

［2］于水，基于新能源發(fā)電儲能系統(tǒng)的研究［J］.中國電業(yè)（技術(shù)版），2013（7）：88-91.

［3］韓路，賀狄龍，劉愛菊，等.動力電池梯次利用研究進展［J］.電源技術(shù)，2014，38（3）：548-550.

TM912

A

1671-3818（2016）10-0059-01

王豐偉（1990-），男，遼寧蓋州人，研究生，研究方向：電力系統(tǒng)。